Facilitando a complexidade dos testes automatizados: testes de desempenho de baterias EV com fonte de alimentação PXB

Para registrar dados de medição e controlar equipamentos de teste, a execução de software como LabVIEW ou PyVISA/Python para testes automatizados pode exigir configurações volumosas e caras. A complexidade destas configurações, no entanto, pode aumentar dramaticamente com os testes de baterias EV. Os testes de validação automotiva podem ser um empreendimento grande e caro com cicladores de bateria, dispositivos de medição/registro, grandes câmaras ambientais e sistemas de resfriamento. Esta infraestrutura é necessária para garantir que os equipamentos automotivos possam operar nominalmente, apesar de muitas tensões ambientais, mecânicas e elétricas potenciais durante a vida útil de um veículo.

Os testes de desempenho da bateria EV divergem dos testes tradicionais de bateria com perfis de carregamento CC e CV. Estes testes têm em conta, por exemplo, o impacto das harmónicas dos conversores de potência no grupo motopropulsor do VE e, em última análise, no carregamento e descarregamento da bateria. As características de resposta transitória das baterias também devem ser levadas em consideração durante esses testes e requerem mais perfis dinâmicos do mundo real para carregar a bateria. Durante esses testes, é útil ter uma fonte de alimentação que possa sequenciar e gerar facilmente essas formas de onda sem muita complexidade de software. A fonte de alimentação Kikusui PXB é capaz de executar facilmente o sequenciamento e gerar uma forma de onda de teste com o clique de um botão com seu servidor web integrado. Um registrador de dados interno pode registrar todas as medições para que o usuário possa analisar o desempenho da bateria. Este artigo descreve vários testes de ciclo de bateria e como até mesmo testes complexos podem ser facilmente realizados com a fonte de alimentação PXB.

As baterias de íon de lítio (Li-ion) são frequentemente a bateria preferida para EVs e essas baterias sofrerão com o envelhecimento cíclico e de calendário. O calendário novamente depende principalmente da temperatura e do estado de carga (SoC) da bateria. O SoC é o nível de carga da bateria em relação a si mesmo e normalmente é expresso como uma porcentagem. Outros mecanismos de envelhecimento ocorrem devido à operação de carregamento e acionamento, este último exigindo um perfil de carga dinâmico.

Os testes de ciclo da bateria exigem carregar repetidamente a bateria até atingir seu potencial de armazenamento de energia e descarregá-la. Esses testes de confiabilidade são caros e consomem muita energia, pois podem exigir meses de ciclos contínuos. Toda a energia descarregada é frequentemente dissipada através de um banco de carga resistivo resfriado por convecção (líquido ou ar forçado). Vários parâmetros como SoC, temperatura, capacidade e profundidade de descarga (DoD) são medidos após cada ciclo ou em diferentes pontos predeterminados durante cada teste. Os métodos de carregamento podem variar entre vários métodos: corrente constante (CC), tensão constante (CV), potência constante (CP) e o método de carregamento híbrido CC-CV. Uma ideia dos vários testes realizados em diferentes tecnologias de íons de lítio e seus conjuntos de dados disponíveis publicamente pode ser visualizada aqui. O método híbrido CC-CV frequentemente utilizado pode ser visto emfigura 1 . A bateria é carregada com uma corrente constante (Ich) que permite que a bateria atinja um nível de tensão predefinido (Uch). Então, Uch é mantido constante enquanto a corrente de carga diminui gradualmente. O processo de carregamento é então interrompido quando a corrente de carga está abaixo de um nível de corte (Iend) que normalmente é inferior a 3% da corrente nominal [1].

As fontes de alimentação Kikusui PXB podem realizar carregamento CC, CV, CP e CC-CV para analisar o comportamento em estado estacionário e o desempenho de vida útil de diferentes topologias de bateria. Deve-se observar que podem ocorrer overshoots dependendo da relação entre a impedância da carga e as configurações de tensão divididas pelas configurações de corrente (V/I=R) da fonte de alimentação. Os overshoots podem ser evitados definindo a prioridade do modo CC quando as baterias estão conectadas. A velocidade de resposta necessária da fonte de alimentação pode ser otimizada dependendo das condições de teste e especificações de carga (Figura 2).

O fornecimento bidirecional também oferece recursos regenerativos no local, fornecendo tanto uma fonte quanto um coletor para testes de ciclo de bateria. Quando a energia é regenerada para a unidade a partir da bateria em teste, a energia da carga é convertida em energia reutilizável e regenerada para a LINHA CA – potencialmente alimentando racks vizinhos e equipamentos de teste próximos, em vez de desperdiçar o excesso de energia com bancos de carga.